-
Gebiet der Technik:
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Raumheizungssystems mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger und kann in Wohnhäusern verwendet werden, in denen die Heizkörper durch einen von einer Wärmequelle erwärmten Wärmeträger beheizt werden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Raumheizungssystem mit Zirkulationskreislauf für eine Wärmeträger mit einer zum verfahrensgemäßen Betreiben des Raumheizungssystems ausgebildeten Steuerung.
-
Stand der Technik:
-
Bekannt sind eine Vielzahl verschiedener Verfahren und Raumheizungssysteme zum Beheizen von Räumen wie beispielsweise Wohnräume und Produktionsräume. Allgemein bekannt sind die üblichen Raumheizungssysteme, bei denen Wasser als Wärmeträger in einem Zirkulationskreislauf mit Hilfe einer Umwälzpumpe zirkuliert. Der erwärmte Wärmeträger strömt dabei von einer Umwälzpumpe gepumpt durch die Rohre zu den Heizkörpern und erwärmt diese, die daraufhin Wärme an die zu erwärmende Luft des Raums abgeben. Die Wärme wird im Kessel produziert, in dem ein Brennstoff verbrennt und dabei der Wärmeträger erhitzt wird. Das erwärmte Wasser kommt aus dem Kessel in das Heizungsnetz, in dem auch Sicherheitselemente wie zum Beispiel ein Überdruckventil und Ausgleichsbehälter. Aus dem Heizungsnetz tritt der erwärmte Wärmeträger in die Heizkörper ein, die die Wärme an die Raumluft übertragen. Die Heizkörper sind mit Temperaturreglern ausgestattet, was ermöglicht, den Volumenstrom des dem Heizkörper zugeführten Wärmeträgers einzustellen. Bekannt sind Steuerungssysteme, um die gewünschte Raumtemperatur einzustellen und tatsächliche Lufttemperaturen im Raum zu kontrollieren. Das Steuerungssystem ist dabei mit einem Heizregler verbunden, der den Volumenstrom des dem jeweiligen Heizkörper zugeführten Wärmeträgers reguliert. Bei diesem bekannten System wird der Volumenstrom des Wärmeträgers durch den Heizkörper reduziert, sobald die eingestellte Solltemperatur im Raum erreicht ist, um so die Temperatur auf einem bestimmten Stand zu halten. Bleibt dabei der Volumenstrom des Wärmeträgers durch den Heizkörper unnötig groß, steigen auch die Heizungskosten entsprechend. Gleichzeitig wird unnötig viel Wärme aufgebraucht. Üblicherweise arbeiten die bekannten Temperaturregler in der Weise, dass zum Steuern des Volumenstroms des Wärmeträgers durch den Heizkörper der Durchflussquerschnitt stufenlos angepasst wird. In 1 ist ein typischer Temperaturregler des Standes der Technik schematisch dargestellt. Der aufgewärmte Wärmeträger tritt über den Stutzen 2 in den Temperaturregler 1 ein. Der Stutzen 2 ist mit dem Umkehrkegel 4 ausgestattet. Im Gehäuse 3 befindet sich die Stange 5, die waagerecht angeordnet ist und nach rechts und links bewegt werden kann. Am Ende der Stange 5 ist ein konisches Verriegelungselement 6 befestigt. Befindet sich die Stange 5 in der äußersten linken Stellung, dann tritt das konische Verriegelungselement 6 in den Umkehrkegel 4 ein, so dass die Zufuhr des Wärmeträgers vollständig aufhört. Befindet sich die Stange 5 in der äußerst rechten Stellung, so vergrößert sich der Durchflussquerschnitt, so dass der Wärmeträger in vollständiger Menge zugeführt werden kann.
-
In allen Zwischenstellungen der Stange 5 hängt der Volumenstrom des durchfließenden Wärmeträgers von der jeweiligen Größe des Spaltes „W“ ab. Je schmaler diese Spalte „W“ ist, desto größer wird der Widerstand, den die Umwälzpumpe überwinden muss, so dass der Energieverbrauch nachteilig ansteigt. Ein Nachteil der Standardregelungsmethode unter Verwendung eines Standardtemperaturregler, basierend auf Änderung des Volumenstroms durchfließender Flüssigkeit, ist also der zusätzliche Aufwand an Energie, um die in einem Zirkulationskreislauf eines Raumheizungssystems auftretenden Zusatzwiderstände zu überwinden, sobald sich der Durchfluss im Temperaturregler ändert.
-
Bei der in
DE 10 2013 008 056 B4 offenbarten Vorrichtung wird hingegen ein stufenweises Verfahren zum Beheizen des Strömungsheizkörpers angewendet. Die Wärmekapazität des metallischen Heizkörpers ist deutlich höher im Vergleich mit der Wärmekapazität der zu erwärmenden Luft. Daher kühlt der erwärmte Heizkörper langsam ab und gibt weiterhin Wärme an die Luft ab.
-
Gleichzeitig wird jedoch die Flüssigkeitsströmung nach indirekten Kennwerten ein- und ausgeschaltet, das heißt je nach der Temperaturdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite am Heizkörpergehäuse. Dies kann zu erheblichen Fehlern bei der Anwahl des optimalen Betriebsmodus von Temperaturreglern führen. Zu Nachteilen dieser Vorrichtung gehört auch ein komplexes Regelungssystem, das die Verwendung kostenintensiver elektronischer Lösungen erfordert.
-
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt also das Problem zugrunde, dass bisherige Verfahren zum Betreiben eines Raumheizungssystems mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger in der Energieeffizienz und bei der Kostenreduzierung Defizite aufweisen. Es ist also Aufgabe ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Raumheizungssystems mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger bereitzustellen.
-
Ein entsprechendes Problem liegt auch der Bereitstellung eines Raumheizungssystems für das Betreiben des Verfahrens zugrunde.
-
Zusammenfassung der Erfindung:
-
Das der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass das Verfahren zum Betreiben eines Raumheizungssystems mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger, wobei das Beheizen von ein oder mehreren Heizkörpern des Raumheizungssystems stufenweise erfolgt, die stufenweise Regelung nicht durch Änderung der Größe des Volumenstroms des durch den/die Heizkörper fließenden Wärmeträgers, sondern durch Änderung der Durchflussdauer bei konstantem Volumenstrom des Wärmeträgers umgesetzt wird, und die Zuführung des Wärmeträgers zum jeweiligen Heizkörper mit ein oder mehreren programmierbaren Zeitrelais geregelt wird und ein jeweiliges Ventil für den Volumenstrom des Wärmeträgers durch den jeweiligen Heizkörper nur die beiden Befehle „AUF“ und „ZU“ ausführt, wird das Problem gelöst.
-
Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass die stufenweise Regelung einen höheren Widerstand durch Zwischenstellungen, also nur teilweises Öffnen des jeweiligen Heizkörperventils, den die Umwälzpumpe überwinden müsste, vermieden wird. Der sonst durch Änderung der Größe des Volumenstroms des Wärmeträgers durch den jeweiligen Heizkörper zusätzliche Aufwand an Energie fällt im erfindungsgemäßen Verfahren nicht an. Ein sonst zusätzlicher Aufwand an Energie, um die in einem Zirkulationskreislauf eines Raumheizungssystems auftretenden Zusatzwiderstände zu überwinden, wird somit eingespart.
-
Ferner wird vorteilhaft durch die Zeitschaltung über die Zeitrelais die Menge des Wärmeträgers, der durch den jeweiligen Heizkörper strömt, begrenzt, was unnötig hohen Wärmeverbrauch entgegenwirkt und damit unnötig hohe Heizkosten verhindert. In den Ruheintervallen bei geschlossenem Ventil für den jeweiligen Heizkörper kann die im Heizkörper zuvor gespeicherte Wärme an die Raumluft abgegeben werden, ohne dass gleichzeitig neue Wärme über den Wärmeträger zugeführt wird.
-
Die Strömung des Wärmeträgers durch die Heizkörper wird unkompliziert über Zeitintervallschaltung geschaltet, was ein komplizierter komplexer Regelungssysteme mit dessen Fehleranfälligkeit und kostenintensiven elektronischen Lösungen vermeidet.
-
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.
-
Vorzugsweise ist der Wärmeträger flüssiges Wasser. Dieses ist kostengünstig, ungiftig und besitzt eine für einen Wärmeträger gut geeignete Wärmekapazität.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird ein Steuerungsprogramm zum Steuern des Verfahrens mit Hilfe eines entsprechend programmierten Computers, wie vorzugsweise eines Heimcomputers, ausgeführt, wobei die Regulierung des Raumheizungssystems für jeden einzelnen Raum erfolgt. Dadurch ist eine über einen Computer gesteuerte automatische Steuerung gegeben, die raumspezifisch programmiert ist. Dieses trägt zur Qualität und Effizienz des Raumheizungssystems bei.
-
Vorzugsweise kann bei Bedarf das Steuerungsprogramm aus der Ferne von einem Fernterminal geändert werden. Damit lässt sich das Raumheizungssystem aus der Ferne steuern, ohne dass eine Anwesenheit vor Ort erforderlich ist.
-
Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Durchflussdauer und die Dauer der Pausen ohne Durchfluss des Wärmeträgers durch den jeweiligen Heizkörper abhängig von der Außentemperatur, der Temperatur des Wärmeträgers und der vorgegebenen Solltemperatur für den jeweiligen Raum eingestellt. Dadurch ist das Verfahren zum Betreiben des Raumheizungssystems besonders effizient und an die jeweiligen Bedingungen angepasst.
-
Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche für das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen frei miteinander und nicht durch die den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge festgelegt kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind und sich nicht gegenseitig ausschließen.
-
Mit einem Raumheizungssystem mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger, das wenigstens einen Kessel, eine Umwälzpumpe, Rohrleitungen, einen Heizkörper, ein Ventil und ein Zeitrelais umfasst, wobei das Raumheizungssystem eine Steuerung mit auf einem Computer installiertem Steuerungsprogramm aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Raumheizungssystem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist, wird das dem unabhängigen Anspruch für ein Raumheizungssystem zugrundeliegende Problem gelöst.
-
Die Vorteile des Raumheizungssystems entsprechen denen für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen vorteilhaften Ausführungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
-
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
-
Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Temperaturreglers des Standes der Technik;
- 2 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Raumheizungssystems; und
- 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung:
-
Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung verzichtet.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturreglers 1 des Standes der Technik schematisch dargestellt. Der aufgewärmte Wärmeträger tritt über den Stutzen 2 in den Temperaturregler 1 ein. Der Stutzen 2 ist mit dem Umkehrkegel 4 ausgestattet. Im Gehäuse 3 befindet sich die Stange 5, die waagerecht angeordnet ist und nach rechts und links bewegt werden kann. Am Ende der Stange 5 ist ein konisches Verriegelungselement 6 befestigt. Befindet sich die Stange 5 in der äußersten linken Stellung, dann tritt das konische Verriegelungselement 6 in den Umkehrkegel 4 ein, so dass die Zufuhr des Wärmeträgers vollständig aufhört. Befindet sich die Stange 5 in der äußerst rechten Stellung, so vergrößert sich der Durchflussquerschnitt, so dass der Wärmeträger in vollständiger Menge zugeführt werden kann. In allen Zwischenstellungen der Stange 5 hängt der Volumenstrom des durchfließenden Wärmeträgers von der jeweiligen Größe des Spaltes „W“ ab.
-
In 2 in schematischer Blockdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Raumheizungssystems 11 gezeigt. Die Wärme wird im Kessel 13 produziert, wo der Brennstoff verbrennt, und wo dadurch der Wärmeträger, der in diesem Fall flüssiges Wasser ist, erhitzt wird. Das erwärmte flüssige Wasser kommt aus dem Kessel 13 in das Heizungsnetz 15, in dem auch für geschlossene Raumheizungssysteme 11 übliche Sicherheitselemente integriert sind, wie etwa ein Überdruckventil 17. Das Heizungsnetz 15 inklusive der Heizkörper 19a und 19b bildet mit den den Wärmeträger führenden Elementen des Kessels 13 einen Zirkulationskreislauf 21 für den Wärmeträger. Aus dem Heizungsnetz 15 tritt der erwärmte Wärmeträger in die als Strömungsheizkörper ausgebildeten Heizkörper 19a und 19b ein. Diese aus Metall gefertigten Heizkörper 19a und 19b dienen zur Übertragung von Wärme an die Raumluft. Der Ausgleichsbehälter 23 ist vorgesehen, einen stabilen Druck im Heizungsnetz 15 während der Wärmeausdehnung des Wassers einzuhalten und das Raumheizungssystem 11 vor Havarie zu schützen. Mit dem Ablassventil 25 kann Wasser aus dem Heizungsnetz 15 abgelassen und über das Zuflussventil 27 dem Heizungsnetz 15 mit seinen Heizrohren zugeführt werden. Der Filter 29 dient zum Filtern des Wärmeträgers Wasser. Die Umwälzpumpe 31 stellt die Wärmeträgerbewegung, also den Durchfluss mit dem flüssigen Wasser über das ganze Raumheizungssystem 11 sicher. Die Umwälzpumpe 31 kann entweder alleinstehend oder im Bestand eines automatisierten Kessels 13 vorgesehen werden. Sie kann auch zwischen dem Kessel 13 und dem Überdruckventil 17 platziert werden. Über die Zuführrohrleitungen 33a und 33b ist der Wärmeträger den Heizkörpern 19a und 19b zuführbar. Vor den Heizkörpern 19a und 19b sind dabei die Ventile 35a und 35b für den jeweiligen Volumenstrom des Wärmeträgers durch den jeweiligen Heizkörper 19a und 19b in der jeweilige Zuführrohrleitung 33a und 33b angeordnet. Die Ventile 35a und 35b haben jeweils nur zwei Einstellmöglichkeiten und zwar „AUF“, also für den Durchfluss des Wärmeträgers ganz geöffnet, und „ZU“, also für den Wärmeträger abgesperrt. Bei geöffneter Einstellung „AUF“ fließt der Wärmeträger durch die jeweilige Zuführrohrleitung 33a und 33b mit demselben Durchflussquerschnitt, wie bei anderen Rohren des Heizungsnetzes 15, in den jeweiligen vom jeweiligen Ventil 35a und 35b stromabwärts angeordneten Heizkörper 19a und 19b. Die Ventile 35a und 35b haben keine Zwischeneinstellung, bei denen sich der Durchflussquerschnitt, wie beispielsweise auf die Hälfte, verringert.
-
Wenn das jeweilige Ventil 35a und 35b auf „ZU“ eingestellt ist, sperrt es den Zufluss des Wärmeträgers zum jeweiligen Heizkörper 19a und 19b ab, so dass kein Wärmeträger vom Heizungsnetz 15 zum jeweiligen Heizkörper 19a und 19b fließt. Jedem der beiden Ventile 35a und 35b ist ein programmierbares Zeitrelais 37a und 37b zugeordnet. Jedes der beiden programmierbaren Zeitrelais 37a und 37b sendet die Befehle „AUF“ oder „ZU“ an das ihm zugeordnete Ventil 35a und 35b ab. Die Zeitrelais 37a und 37b können für jeden beliebigen Zeitraum wie beispielsweise einen Tag oder eine Woche oder einen Monat programmiert werden. Mit einem auf einem Computer 39 implementierten Steuerungsprogramm werden die Zeitrelais 37a und 37b programmiert, so dass die Zeitintervalle, in denen der jeweilige Heizkörper 19a und 19b von dem Wärmeträger mit konstantem Volumenstrom durchflossen wird oder nicht durchflossen wird, individuell angepasst geschaltet werden. Dadurch erfolgt das Beheizen der Heizkörper 19a und 19b stufenweise. Der Computer 39 empfängt für das Steuern der Ventile 35a und 35b von einen Außentemperatursensor 41 die Außentemperatur der Außenluft und von einem Temperatursensor 43 im Heizungsnetz 15 die Temperatur des Wärmeträgers nach Austritt aus dem Kessel 13. Abhängig von diesen Temperaturen und der für den jeweiligen Raum vorgegebenen Solltemperatur werden vom Steuerungsprogramm des Computers 39 die Durchflussdauer und die Dauer der Pausen ohne Durchfluss des Wärmeträgers durch den jeweiligen Heizkörper 19a und 19b berechnet und die Ventile 35a und 35b entsprechend über die programmierbaren Zeitrelais 37a und 37b geschaltet und somit die Durchflussdauer und Pausendauer für den jeweiligen Heizkörper 19a und 19b eingestellt. Die Zeitintervalle des Durchströmens und des Nicht-Durchströmens des jeweiligen Heizkörpers 19a und 19b können so abhängig von der momentanen Außentemperatur, der jeweiligen vorgegebenen Solltemperatur und der Temperatur des Wärmeträgers für jeden der zu heizenden Räume spezifisch programmiert bzw. eingestellt werden.
-
Für die Ausführung der „AUF-ZU“-Funktion gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher geeigneter Ausführungen des Steuerns. So sind „AUF-ZU“-Funktionen bei anderen technischen Anwendungen bekannt.
-
Die Anzahl der Heizkörper 19a und 19b und die der zu heizenden Räume des erfindungsgemäßen Raumheizungssystems 11 kann beliebig groß sein. So sind auch Ausführungen mit nur einem Heizkörper oder mit drei oder mehr Heizkörpern denkbar. Ferner ist eine Ausführung denkbar, bei der die über die programmierbaren Zeitrelais 37a und 37b schaltbaren Ventile 35a und 35b direkt stromabwärts des jeweiligen Heizkörpers 19a und 19b im Heizungsnetz 15 angeordnet sind.
-
In 3 ist im Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Raumheizungssystems mit Zirkulationskreislauf für einen Wärmeträger gezeigt. Das Raumheizungssystem ist beispielsweise das in 2 gezeigte.
-
Im ersten Schritt 100 wird die Außentemperatur gemessen und im folgenden Schritt 110 anhand der gemessenen Außentemperatur und der vorgegebenen Solltemperaturen für die Räume des Gebäudes entschieden, ob das Raumheizungssystem angeschaltet wird, so dass im Kessel für die Erwärmung des Wärmeträgers ein Brennstoff verbrannt werden soll. Der Wärmeträger ist beispielsweise flüssiges Wasser. Sofern das Ergebnis negativ „Nein“ ist, wird sofern bisher angeschaltet das Raumheizungssystem ausgeschaltet und das Verfahren beginnt nach einer vorbestimmten Zeitspanne von beispielsweise 10 min. mit Schritt 100 erneut. Bei positivem Ergebnis „Ja“, also sofern das Raumheizungssystem angeschaltet werden soll bzw. angeschaltet bleibt, erfolgt im Schritt 120 das Anschalten des Raumheizungssystems sofern noch nicht geschehen. Die Umwälzpumpe lässt den Wärmeträger im Heizungsnetz zirkulieren, wobei im Kessel der Wärmeträger erwärmt wird, also Wärme aufnimmt. Im nächsten Schritt 130 berechnet der Computer mit dem Steuerungsprogramm anhand der momentanen Außentemperatur und der Temperatur des Wärmeträgers sowie der jeweiligen vorgegebenen Solltemperatur für den jeweiligen Raum die Zeitintervalle für die jeweiligen Zeitrelais. Im folgenden Schritt 140 werden die jeweiligen Zeitrelais mit den berechneten Zeitintervallen vom Steuerungsprogramm des Computers entsprechend programmiert. Die Zeitrelais regeln daraufhin im Schritt 150 das dem jeweiligen Zeitrelais zugeordnete Ventil für die stufenweise Zuführung des Wärmeträgers zum dem jeweiligen Ventil zugeordneten Heizkörper. Das Zeitrelais gibt dabei die Befehle „AUF“ und „ZU“ gemäß den beim jeweiligen Zeitrelais programmierten Zeitintervallen an das dem jeweiligen Zeitrelais zugeordnete Ventil. Im Schritt 160 führen die so stufenweise geregelten Ventile die empfangenen Befehle aus. Das jeweilige Ventil öffnet und schließt gemäß den angewiesenen Zeitintervallen für „AUF“ und „ZU“, so dass stufenweise der dem jeweiligen Ventil zugeordnete Heizkörper in Intervallschaltung im Wechsel für ein erste Zeitintervall vom Wärmeträger mit konstantem Volumenstrom durchflossen wird und für ein zweites Zeitintervall nicht durchflossen also bzgl. Wärmeträgerzuführung abgesperrt wird. Das Zeitintervall für den Durchfluss des Wärmeträgers durch den Heizkörper beträgt beispielsweise 10 min. und das Zeitintervall für die Absperrung des Durchflusses des Wärmeträgers beträgt 50 min., was im Wechsel eine Folge von 10 min. offen, 50 min. geschlossen, 10 min. offen, 50 min. geschlossen usw. ergibt.
-
Nach einer vorgegebenen Zeitspanne von zum Beispiel einer Stunde beginnt nach dem Schritt 160 das Verfahren erneut durchzulaufen. Ergibt sich dabei beispielsweise ein geringerer Heizbedarf für einen Raum wird entsprechend die Durchflussdauer des Wärmeträgers durch den Heizkörper des Raums verringert und/oder die Zeitspanne für die Absperrung des Durchflusses erhöht. Umgekehrt wird verfahren, wenn festgestellt wird, dass sich der Heizbedarf für einen Raum erhöht hat. Dann wird die Durchflussdauer des Wärmeträgers durch den Heizkörper des Raums erhöht und/oder die Zeitspanne für die Absperrung des Durchflusses verringert.
-
Das Steuerprogramm zum Steuern des Verfahrens mit Hilfe eines entsprechend programmierten Computers kann auch aus der Ferne von einem Fernterminal geändert werden, wie beispielsweise durch Abändern der Solltemperaturen für einzelne Räume.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013008056 B4 [0004]
